电力系统复杂性理论初探(郭剑波,于群,贺庆著)PPT模板

统 的 复 杂性 ， 更要 从 微 观 方 面不 断 提 高 电 力 系统 在 扰 动 状 况 下确 保 其 稳 定性 的能 力 。本 文 主 要 介 绍 了 电力 系统 复 杂 性 的研 究 、 电 力 系统 复 杂 性 相 关 问题 的研 究几 个 方 面 的 内容 。 关键词 ： 电力 系统 ； 复杂性 ； 相 关 问题 ； 研 究
・
５ ８・
科技论 坛
探讨 电力系统 复杂性及其相关 问题 研究蒙古电力（ 集团） 有限责任公 司鄂 尔多斯电业局 ， 内蒙古 鄂 尔多斯 ０ １ ７ ０ ０ ０ ） 摘 要： 电力能源指的是一种 对能源进行加工所产生的非 自然性产物， 是二次能源。随着社会 经济的迅速发展 ， 我国的电网规模不断 增大 ， 停 电事故的数量也是 日益增多。由于电力 系统会影响到整 个国家的经济状况， 电力 系统发 生事故的后果是非常严重的。因此 ， 我们 必须要认识到预 防电力 系统 出现停 电事故的重要性 ， 并按 照电力系统 中存在的复杂性进行科学化的研究 ， 不但要从宏观 方面考虑 电力系
网规模相联系， 开展了多方面的分析。通过对较大区域电网节点的复 当前 ， 随着全球社会经济的快速发展 ， 电力网络 已经 日 益发展为 杂性分析， 可以得出： 电网节点是整个电网的支撑拓扑结构 ， 节点一旦 世界上最具复杂性 的人造网络之一 。规模较大的互联不仅能够把电能 发生改变 ， 路径结合的改变亦成为必然 ， 从而导致连锁故障的发生。通 生 进行分析可 以看出， 虽然大区域规模停电发生 传输到千里之外的地方 ， 也可以增加电力系统运行的不稳定性 。系统 过对我 国电网存在特 ｆ 扰动涉及的范围越广， 事故的后果就会越严重。近年 ， 许多国内外电力 的概率较低 ， 但小规模的停 电概率却相对较高 。 系统都多次出现因连锁性故障而引发 的大规模停 电事故 ， 造成 了具大 ２ 电力 系统 复杂性 相关 问题 的 研究 的经济损失与严重的社会影响 ， 引起 了社会对电力网络安全性 的高度 ２ ． １避免电力 网络发生大规模停电 关注 ， 并促使人们分析与研究这种大规模停电事故与连锁性故障的传 随着系统 的复杂性理论与方法对大型互联 电网的连锁故 障进行 播原理。 深入研究 ， 探讨网络拓扑结构对停电规模及效应 的影响。在进行分析 研究人员对电力系统 的动态行为分析通常都是建立在微分一 代数 时 ， 将初始系统分别按照邻域演变网络 ， 进行无尺度和随机网络扩展 ， 这个方程理论的重要基础之上的， 此种详细地基于元件的数学模型的 对网络在进化过程中的停电规模进行评估 ， 从中我们可以初步得出结 仿真式分析法在本质上可以归于还原理论的范围。在对电力系统的大 论 ， 即在网络动态增长方面 ， 电力系统 网络拓扑结构对大规模停 电具 规模停电原理与连锁 ｌ 生 故障等动态行为方面进行深入分析后 ， 其已显 有一定的影响。在一定程度 的网络扩张的需求和经济条件 的限制下 ， 示 了一 些 局 限性 ， 比如很难 揭 示 电力 系统 总体 的动 态行 为 特点 。复 杂 线路结构要尽量采用对小概率故障影响具有较强的防御特征 的网络 性的科学是一门较为新型的交叉性学科 ， 在地质学、 经济学 、 物理学、 生 结 构 。 物学 以及气象学等许多领域的耗散动力系统进行分析方面获得了十 ２ ． ２对 电压 的运行 进 行可 视化 的监 控 分广泛地应用。为更好掌握 电力网络连锁 ｆ 生 故障的原理 ， 相关研究人 可视化技术是伴随计算机技术发展起来的新兴技术 ， 其在利用计 员正尝试从复杂性系统理论与网络理论的角度分析研究电力系统 ， 运 算机强大的计算和图形能力 ， 快速处理大量数据后 ， 以直观 、 可视 的方 用新型的复杂 系统总体论 的分析方法 ， 结合 风险性分析 、 复杂系统 以 式表现出来 ， 以便更有效地分析与处理科学或工程数据 ， 不断提高科 及统计物理 ， 从上至下对停 电事故进行全面地研究 ， 掌握电力系统大 学研究与工程设计的效率。电压失稳的问题是电力系统监控的重要方 规模停电的本质特征 ， 分析电力系统连锁性故障与大规模停 电的整体 面 ， 在 电力 系统 电压 监测 手殷坯 比较 落后 的局 面下 ， 对 电力系 统 电压运 性质 。 行可 视化 研究 是势 在必 行 的 。可视 化技 术不 仅有 利 于深 入模 拟和 理解 １ 电力 系统 复杂 性的 研究 实验数据， 捕捉它们之间的内在关系 ， 同时也大大提高了对电力系统运 Ｉ ． Ｉ电力系统演进的复杂性研究 行状态的认识。我们可以为调度员提供更直观的系统信息 ， 将 电压状 电力 系统的复杂性在一定程度上能够决定 电力系统演进的复杂 态显示与地理信息系统（ 即Ｇ Ｉ Ｓ ） 相结合 ， 然后根据离线分析、 趋势预测 性。通常， 电力系统的运行状态比较平稳 ， 当受到外界的干扰或者负荷 等方法，使电力系统电压监控系统本身就具有分析 问题和决策能力 。 变化的影响而打破这种平衡的时候 ， 其不能依靠等待系统外部的指令 这样 ， 电力系统的电压控制就更加人性化和智能化。它为及时 、 准确地 来解决偏离平衡这个 问题 ，而是运用其 自身能力实现对系统 的调节 ， 监控全 网的信 息资源 ， 进行电网安全维护提供了有力帮助 。 进而达到新的电力系统平衡 ， 形成系统的演化方式 。电力系统从稳定 ２ － ３不断强化电力系统调度的统一性 的状态变化为不稳定状态 ， 再随着参数的变化又从依照不稳定的状态 充分重视 电力 系统的安全稳定性 ， 坚决实行对电力系统 的统一调 变为稳定的状态 ， 电力系统的状态也就是在这个瞬间产生了突变。 度， 才能够防止出现大规模的停电事故。这不仅需要构建一个 比较完 １ ． ２电力系统存在复杂性的研究 善的系统 ， 制定严格的制度与准则 ， 进行缜密的稳定导则 ， 还要在 自动 电力 系统存在复杂 ｆ 生 是 电力系统复杂 『 生的分支之一 ， 是针对电力 化控制方面有稳妥的安全 ｌ 生防御措施 ， 比如振荡解 列、 继 电保护、 切机 系统 的本质特点与实质组成特点来说的。其中 ， 在电力系统 的构成方 切负 荷等 。 面， 我们可 以寻求到真实凭据 ， 比如 ， 电力系统 内部的许多具有复杂性 结束 语 的元器件 之间是密切关联 的， 而并非是孤立存在的 ， 它们之 间可以通 电力系统复杂性 的存在 ， 会衍生出系列问题 ， 极大地影 响到 电力 过 元 件 的 功能 相 互 连接 ， 在 发挥 电力 系统 网络 整体 功 能 的同 时 ， 也各 系统应有作用的发挥。因此 ， 我们必须要对 电力系统复杂性及其相关 自发挥着 自身作用。总体来说 ， 电力系统在纵 向具有层次 Ｉ 生， 而在横向 问题进行深入地研究与探讨 ， 积极采取合理措施应对 问题 ， 以不断促 则具有协作性 ， 都对电力网络具有重要意义 。我们不可能把电力系统 进 电力行业的稳定健康发展。 看成是相对静止的系统 ， 不论何种起源于发电方而终止于用户方 的用 参 考文 献 电变 化 都会 对 系统 造 成 连锁 式 的 影 响 ，再 加 之 中介 环 节 的 负荷 突 变 【 １ ］ 沈剑飞， 张文泉． 复杂性科学及电力系统复杂性【 Ｊ １ ． 华北电力大学学报 等， 就会进一步强化系统变化 的复杂性程度 。因此 ， 电力系统可以说是 （ 社会科学版） ， ２ ０ １ ０ （ ２ ） ． 个非线性的、 动态化的系统 ， 其会随时间的变化而不断发生改变。 ［ ２ 碚 志强． 电力系统继电保护现状及安全运行 理论广角， ２ ０ １ １ （ ２ ３ ） ． １ － ３电力系统演化复杂性与存在复杂 『 生的关系研究 ｆ ３ 】 曹一家， 王光增． 电力系统复杂性及其相关问题研 究田． 电力 自动化设 从复杂性科学理论推论的衍生方式来说 ， 前期的电力系统演化复 备 ， ２ ０ １ ０ （ ２ ） ． 杂性 即为电力系统存在复杂性 。人们研究较多的是某些特征参数 。 以 ｆ ４ 】 王金凤． 浅析 电力 系统 的 安全 运 行 与 调 度 管 理明． 电力 自动 化 ， ２ ０ １ ０ 便推断连锁性故障演化与电力系统结构之间的关系 ， 进而对这两种复 （ ２ ） ． 杂性 的 关 系进 行验 证 。对 于这 个结 果 ， 许 多研 究人 员 对 国 内外 大量 的 ［ ５ ］ 张鑫鑫． 电力系统运行可靠性在 线控制叨． 机 电与 自动化 导报 ， ２ ０ １ ０ 电网连锁事故和大停电故障都进行 了研究 ， 甚至将故 障发生概率同电 （ ３ ４ ） ．

发电厂
通过燃煤、水力、核能等方式产生电力。
变电站
用于电力的转换与分配。
Байду номын сангаас输电线路
将电能高效传输至各地区。
用户
各类工业、商业和居民用户。
电力系统的运行原理
1
电力传输
2
通过输电线路将电能长距离传输。
3
电力生成
燃煤、水力等能源转化为电能。
电力转换
变电站将高压电能转换为适用于用户 的低压电能。
电力系统中的设备和技术
发电设备
如燃煤发电机组和水轮发电机 组。
变电设备
如变压器和断路器。
智能电网技术
利用先进的通信与计算技术来 提高电网的效率和可靠性。
电网的调度和控制
1
负荷预测
根据历史数据和预测模型，预测电力需求。
2
电力调度
根据负荷需求和发电资源，合理安排电力供应。
3
监控与维护
通过实时监测和定期维护，保障电网的安全和稳定运行。
《电力系统》PPT课件 (2)
本节内容将介绍电力系统的基本概念和重要组成部分，以及电力系统的运行 原理和未来发展趋势。让我们一起探索电力系统的魅力吧！
电力系统简介
电力系统是由发电厂、输电线路、变电站和用户构成的能源供应网络。它是 现代社会运行的基石，为我们提供了稳定可靠的电力供应。
电力系统的组成
电力系统的安全与稳定性
电力系统的安全与稳定性对于社会经济的发展至关重要。通过科学的设计和预防措施，我们能够确保电 力系统的可靠运行。
电力系统的未来发展趋势
随着能源需求的增长和环保意识的提高，电力系统正朝着可再生能源、智能 化和绿色化的方向迈进。电力系统的未来充满着无限的可能性。

F&c1 120° F&a1
120°
120°
F&b1
（a）正序分量
120°
F&b2 120°
F&a2
120°
F&c2
F&cF0&bF0&a0
（b）负序分量
（c）零序分量
图 3-1 三相不对称相量所对应的三组对称分量
.
.
.
.
.
F b1 a 2 F a1 , F c1 a 2 F b1 a F a1
6. 故障计算的基本假设：
（1）磁路的饱和、磁滞忽略不计， （2）系统中除不对称故障处以外都可当
作是对称的。 （3）各元件的电阻略去不计。 （4）短路为金属性短路。
故障分析的基本知识
1-1对称分量法 1-2序阻抗的基本概念 1-3电力系统相序网络的构成
对称分量法
一、 对称分量法
将一组不对称的三相量看成是三组不 同的对称三相量之和，在线性电路中， 应用叠加原理，对这三组对称分量分别 按对称三相电路去解，然后将其结果叠 加起来。这种方法就叫做对称分量法。
.
.
.
.
.
F b2 a F a2, F c2 a F b2 a2 F a2
.
.
.
F a0 F b0 F c0
a e j120 1 j 3 22
a 2 e j240 1 j 3 22
1 a a 2 0, a3 1
.
.
.
.
F a F a1 F a2 F a0
.
.
ZL1
I&a1 I&b1 I&c1
+++ U&a1- a2U&a-1 aU&a-1

频率的一次调整 频率的二次调整
系统单位 调节功率
18
互联系统的频率调整
f ( P D A P D ) B ( P G A P G )B P D P G
K A K B
K
P A BK A ( P D B P K GA )B K K B B ( P D A P G)A
48
特征值
不计阻尼
p1,2
NSEq
TJ
p1,22 N T D J
(ND )2NSEq
2TJ
TJ
计及阻尼
49
由特征值判定稳定与否
不计阻尼 SEq>0 时 系统稳定 Seq<0 时 系统不稳定
计
D > 0
SEq 0 系统稳定
SEq 0 系统非周期失稳
及 阻 尼
Sc VN2H(1kk12) VN2L(1kk12)
ZT'1 ZT' 2
ZT1ZT2
14
电力网的电能损耗
最大负荷损耗时间法 APmax AP m a xP 0T
15
四、频率调整和电压调整
电力系统的频率特性 电力系统的频率调整 电力系统有功功率的最优分配 无功平衡与电压水平的关系 电压调整的基本概念 电压调整的方法和手段
电压的计算
33
电力系统的各序网络
零序网络 变压器的零序等值电路
34
简单不对称短路的分析计算
单相接地短路
两相短路
复合序网, 相量图
两相接地短路
正序等效定则
表8-2
Ia(1n)

E
例
j(X1X(n))
8-2，8-3

电力大系统具有某些社会（国家）复杂性特征例证 整体电力大系统失稳
可支解为n个子系统，使得每个子系统稳定
在此，条件是重要的。
电力系统复杂性问题及其它
谢谢!
Thanks for your attention!
xr 不稳定
0 t
电力系统复杂性问题及其它
初始点远离平衡点的同频（步）稳定性
SEP Xe1
X0
f
Xe2 SEP fe fmin Vl Vmin fmax fh Vmax Vh
约束条件
反之：暂态稳定破坏
电力系统复杂性问题及其它
初始点远离平衡点的同频（步）稳定性
对比：大范围渐进稳定性之不同
X0
Xe
大范围渐进稳定示意图
电力系统复杂性问题及其它
四、电力系统的混成（Hybrid）性
离散逻辑控制指令～连续动态
调度员 控制
控制指令
最高决策与指挥层 Decision–making & Commanding
控制指令 (事件驱动) 中间层信息
电力 系统 混成 控制
数据 数据
中间处理与操作层 Processing & Operating
电力系统复杂性及其它
卢 强
清华大学电力系统国家重点实验室
电力系统复杂性问题及其它
一、电力系统基本结构简介
电力系统基本结构示意图之一
1# 电力网 FACTS家族 电力电子装置 可控超导储能
P ij Vi V j X ij sin( i j )
原动机
发电机
用户 马达群
N#
原动机
发电机
用户
地 区 调 度 中 心
1#
原动机

郑少东
得罪了一个“灰色系统”！
相怀珠
北京鼎盛咨询
8
您面临的最大困惑是什么？
? • 一个一个的问题……
• 成系统的问题……MESS!
? ? • 复杂性……，当今社会的特征！
北京鼎盛咨询
9
今天，我们每个人都处于一 个前所未有的复杂环境中，提高 应对复杂性的能力成为我们首要 的任务。
北京鼎盛咨询
10
复杂性
系统科学的主要研究 “复杂系统”的：
“通信和控制”
“适应和进化”
北京鼎盛咨询
34
“通信和控制”
研究系统的结构、功能和控制。
理论基础是系统科学的“老三论”：贝 塔朗菲的《一般系统论》、维纳的《控 制论》和美国数学家申农的《信息论》。
“适应和进化”
研究系统的自组织过程和进化。
主要理论基础是自组织理论和复杂性理论： 包括《突变论》、《协同论》、《耗散结构 理论》、《超循环理论》、《混沌理论》和 《复杂性理论》等。
北京鼎盛咨询
35
系统科学对当代科学图景产生了 深刻的影响
1.促进了科学研究思维方式的变革…… 2.促进了其它学科的发展…… 3.超越了西方中心论…… 4.促进传统的一维科学进化为二维科学……
北京鼎盛咨询
36
③ 学习系统科学的效用 企业管理者理念的变化……
• 30年，财富创造的舞台上，一个个， 流星闪耀；铁窗里，一个个，泯灭了 神采。
北京鼎盛咨询
5
南通首富陈保存 南通金港油脂有效公司
北京鼎盛咨询
6
成也萧何， 败也萧何！
北京鼎盛咨询
7
曾经的警界少帅、未来之 星，不知是否也曾料到， 「世纪贼王」张子强在庞 大的公安系统面前如此脆 弱，而自己之于更为强大 的中共组织系统亦是如此 的不堪一击。

在近似计算中，可以取架空线路的电抗为
22
第22页/共210页
3.分裂导线三相架空线路的电抗
分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效 地增加了导线半径，从而减少了导线电抗。
可以证明：
x1
0.1445lg
Dm req
0.0157 n
req
n
r(d12d13 d1n )
n
rd
( n 1) m
d12d13 d1n：某根导线与其余n 1根导线间的距离
分两种情况讨论： 1) 一般线路的等值电路
一般线路：中等及中等以下长度线路，对架空线 为300km；对电缆为100km。
R不考r虑1l 线路X的分x布1l 参数G特性g，1l只用B将线b路1l 参数简
单地集中起来的电路表示。
30
第30页/共210页
2）长线路的等值电路
长线路：长度超过300km的架空线和超过100km的 电缆。
二．负荷的参数和数学模型
• 负荷用有功功率P和无功功率Q来表示。
34
第34页/共210页
第二节 变压器的参数和数学模型
• 双绕组变压器的参数和数学模型 • 三绕组变压器的参数和数学模型 • 自耦变压器的参数和数学模型
35
第35页/共210页
一.双绕组变压器的参数和数学 • 模阻型抗
1. 电阻
变压器的电阻是通过变压器的短路损耗，其近
第28页/共210页
6. 对于分裂导线在第一步时做些改变
Er
km
Q
2r
km n
U r ln Dm
req
km
1 2n 1 r
d
sin
n
实际上，在设计线路时，已检验了所选

3、节点导纳矩阵的形成
按定义
例题
经典PPT模版 欢迎下载
4、节点导纳矩阵的修改
① 从网络中引出一条支路，同时增加一个节点。
i
yi.n1
n 1
矩阵增加一yi.n1
其他新增元素均为零； 原矩阵中只有 Yii Yii Yii yi.n1
Y1n Y2 n Y in Y jn Ynn
Y11 Y12 Y21 Y22 Y i1 Y i 2 Y j1 Y j 2 n n Yn1 Yn 2 Y1i Y1 j Y2i Y2 j Y ii Y ij Y jj Y ji Yni Ynj Y1n Y2 n Y in Y jn Ynn
j
Y11 Y12 Y21 Y22 Y i1 Y i 2 Y j1 Y j 2 Yn1 Yn 2 Y1i Y2i Y ii Y ji nn Yni Y1 j Y2 j Y ij Y jj Ynj
Yji yij Yij Yij Yij yij Yji Yji
YB —节点导纳矩阵。
2、节点导纳矩阵及其特点
① 节点导纳矩阵中各元素的意义 自导纳：
/U ) Yii ( I i i (U j 0、j i ) 与节点 i直接相连的支路导纳之 和
互导纳：
/U ) Y ji ( I j i (U j 0、j i ) 连接节点 i与节点 j的支路导纳的负值
i
1 k yT 2 k
yT
1 k k 2 y T k
yT k
j
yT k 1 k
yT k 1 k

继 电器 ｌ２的动作行 为。 图 ｌ 、 如 所示 ， 两个功率方向继电器的 路 Ｌ 的 Ｔ 二次电流 ｉｌ ｌ Ａ１ ａ 与线路 Ｌ 的 Ｔ ２ ２ Ａ 的二次电流 ｉ 接线完全相同， 而且是用的同一母线上 同一 电压互感器 Ｔ Ｖ的 ａ ２相位相反 。 功率方 向继 电器 １２接 同一 电压互 感器 Ｔ 的 、 Ｖ
的 是 一 场 方 法 与 思维 的变 革 。 ２ 复 杂 科 学 理论 下 电 力 系统 故 障 的 特 征
是 由很 多细小 的问题或故障连锁引发 的， 然而 ， 概率分布仍然
说 明 了其 中隐 含 的 一 些 必然 关系 ， 必 然 因 素 。 由此 看 来 ， 或 采
电力 系 统 无 论 在 正 常 运 行 条 件 下 ，还 是超 负荷 运 行 条件 用 同样 的理 论 方 法 ，对 我 国一 段 时期 内的 大 型 故 障 性 停 电 事 是 从 下 ， 会 发 生 系 统 故 障 ， 们 一 直 视 这 种 故 障 的发 生 是 随 机 性 件 进 行 分 析 ， 不是 也 同样 可 以找 出其 中 的规 律 性 ， 而 发 现 都 我
输 电线 路 的架 设 而 变 得 越 来 越 复 杂 。在 日趋 复 杂 的 电 力 系统 居 然 可 以呈 现 出 一定 的规 律 性 ，这 是 我 们 以往 的 分 析 中所 未
网络 中，随机性的不确定因素将会对整个 电力系统的安全造 曾得到过的。看似偶然的随机事件，在经过 了新 的方法分析
成 很 大 的影 响 ， 而 危 及 电 网 的安 全 ， 至 导 致 重 大 的经 济 损 之 后 ， 从 中 可 以看 出一 定 的 分 布 规律 。最 早采 用 这 种 理 论 对 从 甚 他 １８ ９９ 失 。因 此 ， 电力 系统 的 安全 性 一 直 是 电力 技 术 人 员最 为 关 注 电力系 统 进 行研 究 的 是 一位 美 国 学者 ， 发 现 ，９ ４年 到 １９

（a）
- E&a+ ZG1 -a2E&a+ ZG1 -aE&a+ ZG1
ZN
ZL1
ZL1
ZL1
I&a1 I&b1 I&c1
U&
+ a1-
+
a
2U&
-
a1
+
aU&
-
a1
(d)
- E&a + ZG -a2E&a+ ZG -aE&a+ ZG
ZN
ZL
ZL
ZL
I&a I&b I&c
U&
+ a-
U&
+ b-
U&
U&
+-a0
U&
a
+0-
(c)
aUa2a2U a1
aU a1
a2U a2
ZG0 ZL0
ZG0 ZL0
ZG0 ZL0
I&a0 I&b0 I&c0
ZN
U&
a
0
+ -
U&
b
+ 0-
U&
c
+ 0-
(f)
图 3-5 利用对称分量法分析电力系统的不对称短路
对正序网络：
..
...
.
E a Ia 1 (z G 1 zL 1 ) (Ia 1 Ib 1 Ic 1 )zN U a 1
.
.
.
EaIa1(zG1zL1)Ua1
对负序网络：